Вагони_цистерны
.pdfусередині яких розміщені укорочені хребтові балки 2 з ударно-тяговими приладами (це дозволяє опустити котел і тим самим знизити центр ваги цистерни). Хребтова балка разом з кінцевою 3, шворневою 4 та бічними 5 балками утворюють раму, на якій жорстко закріплений котел своєю консольною частиною. Для цього до нижнього листа 6 котла приварений опорний лист 7, а він, в свою чергу, – до хребтової та шворневої балок. Через велику трудомісткість штампування ніш у нижньому листі котла така конструкція його з’єднання з рамою не отримала розвитку.
2.4. Зливальні прилади й запобіжні клапани
Зливальний прилад цистерн загального призначення повинний забезпечувати:
-повну герметичність основного затвора й наявність додаткового незалежного затвора, що запобігає течі вантажу при несправному основному затворі;
-щільність закриття затворів навіть при попаданні на їх робочі поверхні твердих часток, забруднення і т.п.;
-надійну роботу приладу при вібраціях і ударах, що виникають при експлуатації цистерн;
-стійкість проти впливу вантажів і матеріалів, що використовуються при очищенні цистерн;
-простоту конструкції, легкість виготовлення, мінімальну масу;
-простоту й легкість обслуговування, а також ремонту, можливість закриття приладу під час зливу, можливість тривалої експлуатації без оглядуй ремонту;
-мінімальний час зливу вантажів, у тому числі й високов'язких, особливо в зимовий час;
-можливість механізованого зливу (за допомогою насосів) і нижнього
наливу(через зливальний прилад) цистерни.
Зливальний прилад складається із двох основних частин: верхнього клапана та нижнього затвора.
Надлишковий і знижений (вакуум) тиск в котлі створюють небезпеку для його міцності і стійкості. Тому котли цистерн обладнують запобіжними і впускними (вакуумними) клапанами або об'єднаними попереджувальновпускним клапаном.
Корпус 1 попереджувально-впускного клапана (рис. 8) укріплений у верхній частині котла. При тиску в котлі, що перевищує тиск, на який відрегульована пружина 6 (у цистернах загального призначення 0,15 МПа), її опір переборюється і клапан 3, що має направляючу втулку 5, піднімається нагору, відкриваючи вихід газу в атмосферу. При зниженні тиску в котлі (у цистернах загального призначення на 0,01…0,02 МПа) стискується пружина 2,
клапан 4 опускається й повітря входить у котел. Попереджувально-впускний клапан має дві пломби.
Рис. 8. Попереджувально-впускний клапан
Рис. 9. Універсальний зливальний прилад
Цистерни загального призначення обладнуються зливальним приладом (рис. 9). Верхній кінець штанги такого приладу, що має відкидний вороток, розміщений у ковпаку, а її нижній кінець 9 (див. рис. 9), що має різьблення, угвинчений у стояк 10. Унизу штанга з'єднана болтами 11, що входять у кільцеву виточку штанги з клапаном 8, який має верхні пера 12, направлені стояком 10. Таке з'єднання при обертанні штанги дозволяє клапану переміщатися нагору й вниз, перешкоджаючи його повороту. Для центрування в сідлі 17 клапан має нижні пера 13, а для забезпечення щільності затвора – гумове кільце 18, укріплене натискним кільцем 19 і шпильками 20.
Клапан є основним затвором зливального приладу. Додатковий затвор складається з кришки 3 з гумовим ущільнювальним кільцем 5, що прикріплюється до кришки кільцем 2 і болтами 21. Кришка притискається до наконечника корпусу 6 гвинтом 1, через кільцеве виточення якого пропущені болти 15, що з'єднують гвинт із кришкою. Тут також виключається поворот кришки при обертанні гвинта. Опорою для гвинта є відкидна скоба 4, підвішена на валиках 14, що укріплені на наконечнику корпусу 6. Для зручності обертання гвинта передбачена кільцева ручка, а для запобігання мимовільного відкривання кришки – стопорна гайка з рукояткою 16.
Наконечник корпусу має кульову форму з опорним кільцевим заплечиком, передбачені для зручності приєднання рукавів або інших пристосувань пунктів зливу і наливу. Корпус зливального приладу оточений парообігрівальним кожухом 7, що використовується для розігріву зони клапана при замерзанні води, що іноді збирається внизу котла, і деякого підігріву вантажу в цій зоні. Патрубки 22 і 23 передбачені для підведення пари й видалення конденсату з обігрівального кожуха. Патрубок 23 має заглушку, що нагвинчується на його кінець.
Рис. 10.Установка зливального приладу на цистерні
Розвантаження цистерни виконується в такій послідовності. Спочатку відкривається затвор і приєднується рукав, після чого відкривається кришка ковпака та через люк надається доступ повітрю в котел цистерни. Тільки після виконання цих операцій відкривається основний клапан.
Відкриття основного затвора здійснюється обертанням штанги 9 проти годинної стрілки за допомогою рукоятки 1 (див. рис. 10). Для відкриття додаткового затвора обертають за рукоятку 16 стопорну гайку та гвинт 1, після чого кришку 3 разом з деталями, що до неї приєднані, повертають навколо валиків 14 та надівають на спеціальний гачок, що знаходиться на хребтовій балці. Для зливання вантажу спочатку відкривають додатковий затвор, а потім – основний. Після закінчення зливання обидва затвори закривають у зворотномупорядку.
3. ОСОБЛИВОСТІ КОНСТРУКЦІЇ ВОСЬМИВІСНИХ ЦИСТЕРН
Для збільшення провізної спроможності залізниць і зниження собівартості перевезень Маріупольським заводом важкого машинобудування (ВАТ “Азовмаш”) створена восьмивісна цистерна безрамної конструкції (рис. 11).
Ця конструкція відрізняється від конструкції цистерн, що раніше будувалися, великою вантажопідйомністю, збільшеним питомим обсягом котла (1,14 м3/т), чим забезпечується краще використання вантажопідйомності вагона, і більшим погонним навантаженням (8 т/м), що дозволяє значно збільшити масу поїзда при існуючих обмеженнях його довжини. Використання восьмивісних цистерн дозволяє досягти більшої провізної спроможності залізниць, скоротити капітальні вкладення на розвиток їхньої пропускної
Рис. 11. Восьмивісна цистерна вантажопідйомністю 120 т
спроможності, знизити собівартість перевезень, збільшити продуктивність праці.
Проектування восьмивісної цистерни безрамної конструкції виходить з тенденцій розвитку сучасного вагонобудування, де ідея суцільнонесучого кузова одержала загальне визнання. У такому кузові краще використовуються всі його основні елементи, він має меншу масу, ніж кузов з несучою рамою. Котел цистерни, що має замкнутий контур, циліндричну форму й порівняно товсті стінки, у більшій мірі, ніж кузова інших типів вагонів, може бути використаний як суцільнонесуча конструкція, і це знаходить свою реалізацію в безрамних цистернах. Однак вогненебезпечність більшості вантажів, які перевозяться у цистернах, вимагає надійнішого забезпечення міцності безрамних цистерн.
У перших конструкціях восьмивісних цистерн по кінцях котла передбачалися ніші, усередині яких розміщалися хребтові балки опор котла. Такий пристрій знижує центр ваги вагона, що поліпшує стійкість й інші динамічні якості цистерни, у результаті чого підвищується безпека руху. Це особливо необхідно для чотиривісних цистерн, що мають у порівнянні з іншими типами вагонів невелику базу. Для восьмивісних цистерн ніші, що ускладнюють технологію виготовлення вагона, мають істотно менше значення, і тому від них відмовилися.
Підвищення міцності й стійкості оболонки котла при невеликій його масі досягається підкріпленням кільцевими шпангоутами 7 і 8, розташованими в середній і опорній частинах котла (див. рис. 11). Ці шпангоути, що мають омегоподібну форму поперечного перерізу, приварені до стінок котла і відрізняються від непідкріплених конструкцій меншою товщиною. Як показують розрахунки й експерименти, у підкріплених у такий спосіб цистернах істотно знижені напруження в завантажених зонах, підвищена стійкість котла при вакуумі, що іноді виникає при зливанні й пропарюванні цистерн, а також збільшується частота власних коливань оболонки, що утруднює виникнення резонансу коливань. Однак підкріплення котла шпангоутами ускладнює його виготовлення.
Для забезпечення повного зливу вантажу передбачені ухили убік зливальних приладів. Ці ухили створюються виштамповкою броньового листа на глибину 30 мм. Котел обладнаний двома зливальними приладами 6 (див. рис. 11) універсального типу, конструкція яких описана вище (розділ 2.4), і двома ковпаками (горловинами люка) із кришками 4, що дозволяє прискорити операції наливу й зливу вантажу й забезпечити кращі умови праці при очищенні котла. Усередині горловини розміщені по дві сегментні планки: верхня – для контролю граничного наливу й нижня – для вказівки необхідності сповільнення наливукотла.
Горловини люків закривалися кришками, що закріплюються вісьма відкидними болтами кожна. Кришки шарнірно кріпилися до кронштейнів, відносно яких вони поверталися при відкриванні.
Поблизу горловини люка розташовані два штуцери для кріплення попе- реджувально-впускних клапанів 2 (див. рис. 11). Котел обладнаний зовнішньою 3 і внутрішньою 5 сходами й помостами з огородженнями біля горловин люка.
Один з варіантів оснащення кузова восьмивісної цистерни безрамної конструкції показаний на рис. 12. Котел зварений посередині з двох циліндричних обичайок 1 і двох еліптичних днищ 21, розташованих по кінцях. Котел має два люки 26 і два універсальні зливальні прилади 10, що закриваються клапанами 9, привід яких розташований у люках 26. Для надання котлу підвищеної твердості й міцності він підкріплений шістьма Ω-подібними кільцевими шпангоутами 2, привареними до циліндричної частини посередині й над опорами. Щоб цілком злити рідкий вантаж, на нижній циліндричній частині передбачені ухили, утворені виштамповкою чи постановкою спеціальних листів 22 убік до зливальних приладів. У котлі для доступу всередину через люк 26 маються сходи 23. Зовні на котлі встановлені два запобіжні клапани 24, зовнішні сходи 8, площадки 25 з огородженнями 27, призначені для обслуговуючого персоналу. Котел установлений на опори, що мають хребтову балку 7 і шворневу – 6, приварену до опорного листа 5, прикріплену знизу до циліндричної частини 1. У зоні опори нижній лист котла підсилений накладками 4. Крім того, котел приварений до хребтових балок 7 за допомогою спеціальних лап, а на шворневих балках закріплений за допомогою ребер 11.
Рис. 12. Кузов восьмивісної цистерни безрамної конструкції
У перетинанні хребтової балки 7 зі шворневою 6 установлений п’ятник 13, посилений зверху надп’ятниковою коробкою 14, а до нижнього листа
шворневої балки приварені ковзуни 12, що обмежують бічне хитання кузова під час руху цистерни та служать додатковою опорою котла при вписуванні в криві ділянки колії. У консольних частинах хребтової балки 7 розміщені задні упори 15 автозчепу, об'єднані між собою, і передні упори 17, об'єднані ударною розеткою 18. На внутрішніх вертикальних стінках хребтової балки між упорами встановлені запобіжні планки 16. До кінцевих балок 19 опор котла прикріплені важелі 20 розчіпного приводу автозчепу. Кінцеві 19 і шворневі 6 балки зв'язані бічними елементами 3.
Подальшим удосконаленням восьмивісної цистерни є конструкція, в якій котел спирається не через з’єднувальні балки на двовісні візки, а безпосередньо на ковзуни останніх. Така схема передачі навантажень дозволяє істотно (на 2,5...3,0 т) знизити тару вагона й за рахунок цього збільшити його вантажопідйомність, усунути складні для виготовлення з’єднувальні балки, що мають велику масу, поліпшити розташування частин гальма, полегшити умови огляду й ремонту ходових частин, збільшити відстані між зливальними приладами й між горловинами люка, що полегшує промивання котла.
Однак у цій конструкції необхідно так регламентувати сили тертя в опорах кузова на візки, щоб забезпечити свободу їх взаємного повороту при самих несприятливих умовах, а також запобігти значним перевантаженням й розвантаженням двовісних візків при русі по вертикальних нерівностях колії. Для цього використовується спеціальний розподільний пристрій, що виконує функцію балансира, яка властива з’єднувальній балці.
Розроблена ВАТ “Азовмаш” безрамна конструкція цистерни (рис. 13) має котел із внутрішнім діаметром 3400 мм, складений з нижнього листа товщиною 12 мм, верхніх і бічних – 9 мм і днищ – 12 мм. Котел підкріплений десятьма шпангоутами, з яких по три розміщені в опорних зонах, а останні – у середній частині. Збільшена кількість шпангоутів обумовлена великим
Рис. 13. Восьмивісна цистерна габариту Тц
діаметром котла в порівнянні з описаною вище цистерною габариту 1-Т. Цистерна з внутрішнім діаметром 3400 мм у порівнянні з конструкцією, у якої цей параметр дорівнює 3000 мм, має погонне навантаження нетто на 26 % більше, а приведені витрати при цьому можуть скоротитися на 9 %.
Цистерна проектувалася вантажопідйомністю 125 т, з тарою 51 т, повним обсягом котла 159 м3, осьовим навантаженням 216 кН (22 тс) і погонним – 9,42 т/м. На відміну від описаних вище конструкцій, восьмивісні цистерни обладнуються одним зливальним приладом і однією горловиною люка.
На ВАТ “Азовмаш” вперше у світовій практиці вагонобудування створе-
на восьмивісна цистерна з перемінним профілем шпангоутів (рис. 14). У
зоні
Рис. 14. Восьмивісна цистерна з перемінним профілем шпангоутів
найбільших обмежень ширини вагона габаритом рухомого складу (поблизу горизонтального діаметра котла) висота перетину шпангоутів зменшена з 110 до 15 мм, що дозволило збільшити внутрішній діаметр котла з 3000 до 3200 мм при тому ж габариті рухомого складу 1-Т. У цій моделі цистерни (15-1500) вантажопідйомність складає 125 т, тара – 51 т, питомий об’єм котла
– 1,25 м3/т. Середнє погонне навантаження нетто підвищене на 11 % у порівнянні з попередньою моделлю (15-871).
4.СПЕЦІАЛЬНІ ЦИСТЕРНИ
4.1.Цистерни для перевезення високов’язких вантажів
Перевезення мазутів, мастил і інших високов'язких вантажів у цистернах загального призначення зв'язано зі значними труднощами їх вивантаження з котлів. Для полегшення зливу таких вантажів побудовані цистерни з зовніш-
ньою підігрівальною сорочкою (кожухом) (рис. 15).
Рис. 15. Цистерна для перевезення високов'язких вантажів
Сорочка 1 розташована в нижній частині котла. Вона створюється стінками котла та зовнішнім листом, що зв'язані між собою каркасом з кутового прокату. Поверхня обігріву цистерни вантажопідйомністю 67 т складає 40 м2, тара вагона – 24,47 т.
Для підігріву вантажу пара в сорочку подається через штуцер кожуха зливального приладу 2, а вихід пари або конденсату відбувається через два патрубки, розташовані по кінцях котла. Зливальний прилад цієї цистерни замість гумового ущільнювального кільця клапана має мідне кільце, що обумовлено високою температурою вантажу, що наливається в котел, і великою його в'язкістю.
Позитивна якість таких цистерн – у значному скороченні часу зливу; усуненні обводнювання вантажу, що відбувається при його розігріві гострою парою, що надходить безпосередньо до вантажу; зменшенні витрати пари. До недоліків можна віднести збільшення тари (на 1 т), викликане будовою сорочки, що використовується при зливанні високов'язких вантажів.
4.2. Цистерни для перевезення кислот
Перевезення кислот і деяких інших продуктів хімічної промисловості вимагає виготовлення котла та його арматури з матеріалів, що зберігають якість перевезених вантажів і протистоять впливу останніх. Такі цистерни відрізняються також спеціальними пристроями для наливу й зливу, а іноді й для захисту рами й інших частин вагона від можливого розбризкування кислот. У зв'язку з підвищеною небезпекою перевезення кислот, які можуть викликати опіки обслуговуючого персоналу, вибухи, інтенсивну корозію металу і т.п., у числі заходів, обумовлених спеціальними правилами, передбачається фарбування кислотних цистерн, різко відмінне від інших вагонів: уздовж котла цистерни наносяться жовтою фарбою смуги шириною 0,5 м по обидві сторони циліндричної частини й квадрати на днище розміром 1х1 м, на яких зазначене призначення цистерни й небезпечність вантажу. Кислотні цистерни відрізняються від цистерн загального призначення меншим об’ємом котла через великугустинукислот у порівнянні з нафтопродуктами.
Цистерна для перевезення сірчаної кислоти має сталевий котел, зливаль-
но-наливну трубу, патрубок із заглушкою для відбору проб, штуцер для установки манометра й попереджувально-впускний клапан. Для забезпечення повного зливу вантажу нижній лист котла виконаний з ухилом убік піддона зливально-наливної труби, розміщеної в середині котла. У попередніх конструкціях таких цистерн котел розташовувався з ухилом в одну сторону. У зв’язку з великою густиною сірчаної кислоти об’єм котла, що заповнюється вантажем, складає 32 м3 при вантажопідйомності 60 т; внутрішній діаметр котла дорівнює 2 м.
Щоб запобігти підвищеному вмісту заліза в поліпшеній сірчаній кислоті, котел цистерни (рис. 16) виготовляють із двошарової сталі Ст09Г2+06Х17НМ2. Така сталь з товщиною плакувального шару 2...3 мм забезпечує значну економію нержавіючої сталі в порівнянні з котлом, цілком виготовленим з цього дорогого матеріалу. Вантажопідйомність дорівнює 77 т, тара – 22,2 т, діаметр – 2,4 м. У такій же цистерні може також перевозитися й оцтова кислота.
Рис. 16. Цистерна для перевезення поліпшеної сірчаної кислоти
Цистерна для перевезення олеуму відрізняється від сірчанокислотної зовнішньою ізоляцією котла підігрівальною сорочкою, виконаною як на цистернах високов'язких вантажів.
Цистерна для перевезення соляної кислоти має сталевий котел, внутрі-
шня поверхня якого покрита шаром гуми (гумована).
Цистерна для перевезення міцної азотної кислоти (98 %) має котел (рис. 17) , виготовлений з алюмінієвого сплаву марки А1 або АД1, складений з
Рис. 17. Котел цистерни для перевезення міцної азотної кислоти